EP1376037A1 - Air separation process and apparatus with a mixing column and krypton and xenon recovery - Google Patents

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EP1376037A1
EP1376037A1 EP02017002A EP02017002A EP1376037A1 EP 1376037 A1 EP1376037 A1 EP 1376037A1 EP 02017002 A EP02017002 A EP 02017002A EP 02017002 A EP02017002 A EP 02017002A EP 1376037 A1 EP1376037 A1 EP 1376037A1
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Abstract

In an air fractionation system, an O2 stream (44, 46, 47, 48) containing krypton (Kr) and xenon (Xe) from a nitrogen-oxygen separation column (5, 6) is fed to an enrichment column (36) which yields a Kr-Xe rich, liquid product stream (51). Following passage through mixing (26) and addition (27) columns, stream (28) provides gaseous (30) and liquid (27) O2 products containing minimal Kr and Xe. An Independent claim is included for a low temperature fractionation arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.

Das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung der Erfindung kann als Zweisäulensystem, beispielsweise als klassisches Doppelsäulensystem, ausgebildet sein, aber auch als Ein-, Drei- oder Mehrsäulensystem. Es kann zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weitere Vorrichtungen zur Gewinnung anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen (beispielsweise Argon) aufweisen.The nitrogen-oxygen separation column system of the invention can be used as Two-column system, for example as a classic double-column system be, but also as a single, three or multiple column system. It can be in addition to the Columns for nitrogen-oxygen separation further devices for extraction other air components, especially noble gases (e.g. argon) exhibit.

Die sauerstoffreiche Fraktion, die als Einsatz für die Mischsäule verwendet wird, weist eine Sauerstoffkonzentration auf, die höher als diejenige von Luft ist und beispielsweise bei 70 bis 99,5 mol%, vorzugsweise bei 90 bis 98 mol% liegt. Unter Mischsäule wird eine Gegenstromkontakt-Kolonne verstanden, in der eine leichterflüchtige gasförmige Fraktion einer schwererflüchtigen Flüssigkeit entgegengeschickt wird.The oxygen-rich fraction used as the insert for the mixing column points an oxygen concentration higher than that of air and for example 70 to 99.5 mol%, preferably 90 to 98 mol%. Under Mixing column is understood to be a countercurrent contact column in which one more volatile gaseous fraction of a less volatile liquid is sent to.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Gewinnung von gasförmigem unreinem Sauerstoff unter Druck. Als unreiner Sauerstoff wird hier ein Gemisch mit einem Sauerstoffgehalt von 99,5 mol% oder weniger, insbesondere von 70 bis 99,5 mol% bezeichnet. Die Produktdrücke liegen beispielsweise bei 2,2 bis 4,9 bar, vorzugsweise bei 2,5 bis 4,5 bar. Selbstverständlich kann das Druckprodukt bei Bedarf in gasförmigem Zustand weiter verdichtet werden. Grundsätzlich kann die Erfindung auch bei Mischsäulendrücken oberhalb des Hochdrucksäulendrucks angewendet werden, zum Beispiel bei 4,5 bis 16 bar, insbesondere bei 5 bis 12 bar.The method according to the invention is particularly suitable for the extraction of gaseous impure oxygen under pressure. An impure oxygen is used here Mixture with an oxygen content of 99.5 mol% or less, in particular of 70 to 99.5 mol%. The product pressures are, for example, 2.2 to 4.9 bar, preferably at 2.5 to 4.5 bar. Of course, the printed product if necessary, be compressed further in gaseous state. Basically, the Invention also at mixing column pressures above the high pressure column pressure can be used, for example at 4.5 to 16 bar, in particular at 5 to 12 bar.

Verfahren der eingangs genannten Art sind aus EP 531182 A1, DE 19951521 A1 und EP 1139046 A1 bekannt. Zwar wird in EP 1139046 A1 beiläufig erwähnt, dass einem derartigen Mischsäulen-System eine Krypton-Xenon-Gewinnung nachgeschaltet sein kann. In der Praxis wurde dies jedoch bisher nicht realisiert, weil bei einem derartigen System mit den bisher üblichen Methoden keine wirtschaftlich sinnvollen Krypton- und Xenon-Ausbeuten zu erreichen sind. Methods of the type mentioned are known from EP 531182 A1, DE 19951521 A1 and EP 1139046 A1 known. It is indeed mentioned in EP 1139046 A1 that one Such a mixing column system can be followed by krypton-xenon extraction can. In practice, however, this has not yet been realized because of such System with the previously usual methods no economically meaningful Krypton and Xenon yields can be achieved.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die wirtschaftlich besonders günstig arbeiten und insbesondere eine relativ hohe Krypton- und/oder Xenon-Ausbeute aufweisen.The invention is therefore based on the object of a method of the beginning Specify the type mentioned and a corresponding device that is economical work particularly cheap and in particular a relatively high krypton and / or Have xenon yield.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein krypton- und xenonhaltiger Sauerstoffstrom aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung in eine Krypton-Xenon-Anreicherungssäule eingeleitet wird, in der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule eine krypton- und xenonangereicherte Fraktion gewonnen wird und dass das gasförmige Kopfprodukt der Mischsäule in eine Zusatzsäule eingeleitet wird, in deren oberen Bereich eine krypton- und xenonabgereicherte Kopffraktion gewonnen wird.This problem is solved in that a krypton and xenon Oxygen flow from the distillation column system for nitrogen-oxygen separation in a krypton-xenon enrichment column is introduced in the krypton-xenon enrichment column a krypton and xenon enriched fraction is obtained and that the gaseous top product of the mixing column is introduced into an additional column is in the upper area a krypton and xenon-depleted head fraction is won.

Die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule erfüllt die übliche Funktion einer Anreicherung an Krypton und Xenon bei gleichzeitiger Ausschleusung von Methan. Dies alleine genügt jedoch nicht, um bei einem Mischsäulen-Prozess eine befriedigende Kryptonund Xenon-Ausbeute zu erreichen. Mit dem Kopfprodukt der Mischsäule wird nämlich normalerweise ein bedeutender Teil der schwererflüchtigen Bestandteile der Luft aus dem Verfahren entfernt.The krypton-xenon enrichment column fulfills the usual function of an enrichment on krypton and xenon with simultaneous discharge of methane. This alone However, it is not sufficient to achieve a satisfactory krypton in a mixing column process Achieve xenon yield. With the top product of the mixing column usually a significant portion of the less volatile components in the air removed the procedure.

Bei der Erfindung ist daher zusätzlich zu der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule eine Zusatzsäule vorgesehen, die das noch im Kopfprodukt der Mischsäule enthaltene Krypton und Xenon zurückhält. Dieses wertvolle Produkt geht damit nicht mehr mit dem Sauerstoff-Druckprodukt verloren, sondern kann beispielsweise in die Mischsäule beziehungsweise in das Destilliersäulen-System z SST zurückgeführt und von dort in die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule eingeführt werden.In the invention, therefore, in addition to the krypton-xenon enrichment column Additional column is provided, which still contained in the top product of the mixing column Holds back krypton and xenon. This valuable product is no longer available lost the oxygen printed product, but can, for example, in the mixing column or returned to the distillation column system z SST and from there in the krypton-xenon enrichment column are introduced.

Die Begriffe "Mischsäule " und "Zusatzsäule" werden hier jeweils funktionell als entsprechende Gegenstrom-Stoffaustausch-Zonen verstanden. Sie können, müssen aber nicht in separaten Behältern angeordnet sein. Insbesondere können sich zwei oder mehrere derartiger Zonen übereinander in einem gemeinsamen Behälter befinden, wenn sie sich auf ähnlichem Druckniveau befinden. Bei der Erfindung können zum Beispiel die Mischsäule und die Zusatzsäule als eine derartige kombinierte Kolonne realisiert sein. Altemativ kann zwischen Mischsäule und Zusatzsäule eine horizontale Trennwand eingebaut sein oder Mischsäule und Zusatzsäule sind in vollständig separaten Behältern untergebracht.The terms "mixing column" and "additional column" are each functional here corresponding countercurrent mass transfer zones understood. You can, you have to but not be placed in separate containers. In particular, two can or several such zones one above the other in a common container if they are at a similar pressure level. In the invention For example, the mixing column and the additional column as such combined column can be realized. Altemativ can between mixing column and Additional column, a horizontal partition or a mixing column and Additional columns are housed in completely separate containers.

Vorzugsweise wird ein Teil der krypton- und xenonabgereicherten Kopffraktion aus der Zusatzsäule als gasförmiges Sauerstoff-Druckprodukt gewonnen, ohne dass damit Krypton und Xenon in nennenswertem Umfang verloren gehen.Part of the krypton and xenon-depleted head fraction is preferably obtained from the Additional column obtained as a gaseous oxygen pressure product without using it Significant amounts of krypton and xenon are lost.

Es ist ferner günstig, wenn ein (anderer) Teil der krypton- und xenonabgereicherten Kopffraktion aus der Zusatzsäule in einem Kondensator-Verdampfer kondensiert wird. Das in dem Kondensator-Verdampfer erzeugte Kondensat ist im Wesentlichen Krypton- und Xenon-frei und dient als Rücklauf für die Zusatzsäule und die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule.It is also beneficial if some (other) of the krypton and xenon depleted Top fraction from the additional column is condensed in a condenser-evaporator. The condensate generated in the condenser-evaporator is essentially Krypton and Xenon free and serves as a return for the additional column and the Krypton-Xenon enrichment column.

Der Kondensator-Verdampfer kann gleichzeitig als Sumpfverdampfer der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule dienen. Zusatzsäule und Krypton-Xenon-Anreicherungssäule bilden damit den Hoch- beziehungsweise Niederdruckteil einer Doppelsäule.The condenser-evaporator can also act as a bottom evaporator of the krypton-xenon enrichment column serve. Additional column and krypton-xenon enrichment column thus form the high or low pressure part of a Double column.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die sauerstoffreiche Fraktion, die auf die Mischsäule aufgegeben wird, ein bis fünf theoretische Böden, vorzugsweise zwei bis vier theoretische Böden oberhalb des Sumpfes der oder einer der Säulen des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung entnommen. In der Regel stammt diese Fraktion von einer entsprechenden Zwischenstelle der Niederdrucksäule eines Zwei-Säulen-Systems. Der krypton- und xenonhaltige Sauerstoffstrom für die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule wird dagegen vom Sumpf dieser Säule abgezogen.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the oxygen-rich fraction that is applied to the mixing column, one to five theoretical floors, preferably two to four theoretical floors above the Bottom of or one of the columns of the distillation column system for nitrogen-oxygen separation taken. As a rule, this fraction comes from one corresponding intermediate point of the low pressure column of a two-column system. The krypton and xenon-containing oxygen flow for the krypton-xenon enrichment column is deducted from the bottom of this column.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß Patentanspruch 9.The invention also relates to a device for the low-temperature separation of air according to claim 9.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1
ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit kombinierter Säule und relativ niedrigem Sauerstoff-Produktdruck,
Figur 2
eine Variante von Figur 1 mit separater Krypton-Xenon-Gewinnung und
Figur 3
ein weiteres Ausführungsbeispiel mit höherem Sauerstoff-Produktdruck.
The invention and further details of the invention are explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments schematically illustrated in the drawings. Here show:
Figure 1
a first embodiment of the invention with a combined column and relatively low oxygen product pressure,
Figure 2
a variant of Figure 1 with separate krypton-xenon extraction and
Figure 3
another embodiment with higher oxygen product pressure.

Bei dem in Figur 1 skizzierten Ausführungsbeispiel wird gereinigte Luft 1 unter einem Druck von beispielsweise 4,5 bis 7,1 bar, vorzugsweise etwa 5,8 bar herangeführt. Ein erster Teil dieser Luft strömt über Leitung 2 zu einem Hauptwärmetauscher 3, wird dort auf etwa Taupunkt abgekühlt und fließt schließlich über Leitung 4 als "erster Einsatzluftstrom" in die Hochdrucksäule 5 eines Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung. Der Betriebsdruck der Hochdrucksäule 5 beträgt beispielsweise 4,3 bis 6,9 bar, vorzugsweise etwa 5,6 bar. Das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weist außerdem eine Niederdrucksäule 6 auf, die unter beispielsweise 1,3 bis 1,7 bar, vorzugsweise etwa 1,5 bar betrieben wird. Über einen Hauptkondensator 7 stehen diese beiden Säulen in wärmetauschender Verbindung.In the exemplary embodiment outlined in FIG. 1, cleaned air 1 is placed under a Pressure of, for example, 4.5 to 7.1 bar, preferably about 5.8 bar. On first part of this air flows via line 2 to a main heat exchanger 3, is there cooled to about dew point and finally flows via line 4 as the "first Feed air flow "into the high pressure column 5 of a distillation column system for nitrogen-oxygen separation. The operating pressure of the high pressure column 5 is, for example 4.3 to 6.9 bar, preferably about 5.6 bar. The distillation column system for nitrogen-oxygen separation also has a low pressure column 6, the under for example 1.3 to 1.7 bar, preferably about 1.5 bar. About one Main condenser 7, these two columns are in heat-exchanging connection.

Das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung ist in den Ausführungsbeispielen als klassischer Linde-Doppelsäulen-Apparat ausgeführt. Die Erfindung kann jedoch auch bei Rektifiziersystemen mit anderer Kondensatorund/oder Säulenkonfiguration eingesetzt werden.The distillation column system for nitrogen-oxygen separation is in the Embodiments designed as a classic Linde double column apparatus. The However, the invention can also be used in rectification systems with a different capacitor and / or Column configuration can be used.

Sauerstoffangereicherte Flüssigkeit 8 aus dem Sumpf der Hochdrucksäule 5 wird in einem ersten Unterkühlungs-Gegenströmer 9 abgekühlt und nach Drosselung 10 der Niederdrucksäule 6 an einer Zwischenstelle zugeführt. Gasförmiger Stickstoff 11 vom Kopf der Hochdrucksäule 5 kann zu einem Teil 12 im Hauptwärmetauscher 3 angewärmt und als Druckstickstoffprodukt 13 gewonnen werden. Der Rest 14 wird im Hauptkondensator 7 im wesentlichen vollständig kondensiert. Der hierbei gewonnene flüssige Stickstoff 15 wird mindestens zum Teil 16 als Rücklauf auf die Hochdrucksäule 5 aufgegeben. Bei Bedarf kann ein anderer Teil 17 als Flüssigprodukt abgezogen werden. Eine Zwischenflüssigkeit 18 (unreiner Stickstoff) der Hochdrucksäule 5 dient nach Unterkühlung 9 und Drosselung 19 als Rücklauf für die Niederdrucksäule 6. Gasförmiger Unreinstickstoff 20 vom Kopf der Niederdrucksäule wird in den Wärmetauschern 9 und 3 angewärmt und schließlich über Leitung 21 abgezogen. Er kann wie als Regeneriergas für eine nicht dargestellte Reinigungseinrichtung für die Luft 1 eingesetzt werden. Oxygenated liquid 8 from the sump of the high pressure column 5 is in a first supercooling counterflow 9 cooled and after throttling 10 the Low pressure column 6 supplied at an intermediate point. Gaseous nitrogen 11 from Part of the head of the high pressure column 5 in the main heat exchanger 3 warmed and obtained as pressure nitrogen product 13. The rest 14 will be in Main capacitor 7 essentially completely condensed. The won here liquid nitrogen 15 is at least in part 16 as a return to the high pressure column 5 abandoned. If necessary, another part 17 can be drawn off as a liquid product become. An intermediate liquid 18 (impure nitrogen) of the high pressure column 5 is used after subcooling 9 and throttling 19 as return for the low pressure column 6. Gaseous impure nitrogen 20 from the top of the low pressure column is in the Heat exchangers 9 and 3 warmed and finally withdrawn via line 21. He can as a regeneration gas for a cleaning device, not shown, for the Air 1 can be used.

Aus der Niederdrucksäule 6 wird flüssiger Sauerstoff 22 als "sauerstoffreiche Fraktion" abgezogen, in einer Pumpe 23 auf einen Druck von beispielsweise 5,7 bis 8,3 bar, vorzugsweise etwa 7,0 bar gebracht, in einem zweiten Unterkühlungs-Gegenströmer 24 angewärmt und schließlich auf dem Kopf der Mischsäule 26 aufgegeben (25). Die Entnahmestelle für den flüssigen Sauerstoff 22 liegt in dem Beispiel etwa vier theoretische Böden oberhalb des Sumpfs der Niederdrucksäule 6.From the low-pressure column 6, liquid oxygen 22 becomes an "oxygen-rich fraction" deducted in a pump 23 to a pressure of, for example, 5.7 to 8.3 bar, preferably brought about 7.0 bar, in a second subcooling countercurrent 24 warmed up and finally placed on the top of the mixing column 26 (25). The The sampling point for the liquid oxygen 22 is approximately four in the example theoretical plates above the bottom of the low pressure column 6.

Der flüssigen sauerstoffreichen Fraktion 25 wird in der Mischsäule ein Wärmeträgerstrom entgegengeschickt, der in dem Ausführungsbeispiel durch einen zweiten Einsatzluftstrom 42, 43 gebildet wird, der bei einer Zwischentemperatur etwas oberhalb des kalten Endes von dem ersten Einsatzluftstrom 4 abgezweigt, aus dem Hauptwärmetauscher 3 entnommen, in dem zweiten Unterkühlungs-Gegenströmer 24 weiter abgekühlt und schließlich in den Sumpfbereich der Mischsäule 26 eingeblasen wird. Die Sumpfflüssigkeit 38 - 39 und eine Zwischenflüssigkeit 40 - 41 der Mischsäule 26 werden jeweils in dem zweiten Unterkühlungs-Gegenströmer 24 unterkühlt und an den ihrer Zusammensetzung entsprechenden Stellen in die Niederdrucksäule 6 eingedrosselt.The liquid oxygen-rich fraction 25 is in the mixing column Heat transfer flow sent in the embodiment by a second feed air flow 42, 43 is formed, something at an intermediate temperature branched above the cold end from the first feed air stream 4 from which Main heat exchanger 3 removed, in the second supercooling counterflow 24th cooled further and finally blown into the bottom area of the mixing column 26 becomes. The bottom liquid 38-39 and an intermediate liquid 40-41 of the mixing column 26 are respectively subcooled and on in the second subcooling countercurrent 24 the locations corresponding to their composition in the low pressure column 6 throttled.

Das gasförmige Kopfprodukt der Mischsäule 26 strömt dem unteren Ende einer Zusatzsäule 27 zu, die in diesem Ausführungsbeispiel mit der Mischsäule 26 kombiniert ist. Die kombinierte Säule weist drei Abschnitte auf, deren oberster die Zusatzsäule 27 bildet; die beiden unteren Abschnitte stellen die Mischsäule 26 dar. Die krypton- und xenonabgereicherten Kopffraktion 28 wird zu einem ersten Teil 29 im Hauptwärmetauscher 3 angewärmt und über Leitung 30 als gasförmiges Sauerstoff-Druckprodukt gewonnen. Der Rest 31 wird in einem Kondensator-Verdampfer 32 im wesentlichen vollständig kondensiert. Das dabei gebildete Kondensat 33 enthält nur noch sehr wenig Krypton und Xenon und wird zu einem ersten Teil 34 auf die Zusatzsäule 27 und zu einem zweiten Teil 35 auf eine Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 36 als Rücklauf aufgegeben. Ein dritter Teil 37 kann bei Bedarf als flüssiges Sauerstoffprodukt abgezogen werden.The gaseous top product of the mixing column 26 flows to the lower end Additional column 27 to that in this embodiment with the mixing column 26th is combined. The combined column has three sections, the top one of which Additional column 27 forms; the two lower sections represent the mixing column 26 krypton and xenon depleted head fraction 28 becomes a first part 29 in Main heat exchanger 3 warmed and via line 30 as a gaseous oxygen pressure product won. The rest 31 is in a condenser-evaporator 32 in essentially fully condensed. The condensate 33 thus formed only contains still very little krypton and xenon and becomes a first part 34 on the Additional column 27 and a second part 35 on a krypton-xenon enrichment column 36 abandoned as a return. A third part 37 can be used as liquid oxygen product are withdrawn.

Die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 36 wird unter einem Druck betrieben, der etwa 1 bar unterhalb des Kopfdrucks der Zusatzsäule 27 liegt und in dem Beispiel etwa 5,6 bar beträgt. Dadurch kann der Kondensator-Verdampfer 32 gleichzeitig als Sumpfverdampfer der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule eingesetzt werden. Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 36 (Niederdruckteil) und die Kombination aus Zusatzsäule 27 und Mischsäule 26 (Hochdruckteil) bilden hier eine Doppelsäule. Als Einsatzfraktion für die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 36 wird ein krypton- und xenonhaltiger Sauerstoffstrom 44 flüssig vom Sumpf der Niederdrucksäule 6 abgezogen, in einer Pumpe 45 auf einen erhöhten Druck gebracht und nach Anwärmung 24 über die Leitungen 46 und 47 beziehungsweise 48 an zwei verschiedenen Stelle zugespeist. Mit dem Kopfgas 49 - 50, das in die Niederdrucksäule zurückgespeist wird, verlässt teilweise Methan die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 36. Krypton und Xenon werden dagegen in den Sumpf gewaschen, von dem eine krypton- und xenonangereicherte Fraktion 51 flüssig abgezogen wird.The krypton-xenon enrichment column 36 is operated under a pressure that is approximately 1 bar below the head pressure of the additional column 27 and in the example approximately 5.6 bar. This allows the condenser-evaporator 32 to be used simultaneously Bottom evaporator of the krypton-xenon enrichment column can be used. Krypton-xenon enrichment column 36 (low pressure part) and the combination of additional column 27 and mixing column 26 (high pressure part) form a double column. As a faction for the krypton-xenon enrichment column 36 is a krypton and xenon containing Oxygen stream 44 liquid withdrawn from the bottom of the low pressure column 6, in one Pump 45 brought to an increased pressure and after heating 24 via the Lines 46 and 47 and 48 fed at two different points. With the top gas 49 - 50, which is fed back into the low pressure column partially methane the krypton-xenon enrichment column 36. krypton and xenon are washed in the swamp, of which a krypton and xenon-enriched fraction 51 is withdrawn in liquid form.

Kälte wird bei dem Verfahren durch arbeitsleistende Entspannung 57 eines dritten Einsatzluftstroms 52 - 55 - 56 auf etwa den Betriebsdruck der Niederdrucksäule gewonnen. Die Turbinenluft kann stromaufwärts ihrer Abkühlung im Hauptwärmetauscher 3 in einem von der Expansionsturbine 57 angetriebenen Nachverdichter 53 mit Nachkühler 54 weiter verdichtet werden. Der entspannte dritte Einsatzluftstrom 58 wird schließlich bei 59 in die Niederdrucksäule 6 eingeblasen.In the process, coldness is reduced by a third person performing relaxation 57 Air flow 52 - 55 - 56 to about the operating pressure of the low pressure column won. The turbine air can flow upstream of its cooling Main heat exchanger 3 in a driven by the expansion turbine 57 Post-compressor 53 can be further compressed with after-cooler 54. The relaxed third Feed air stream 58 is finally blown into low pressure column 6 at 59.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gelangt praktisch das gesamte in der Einsatzluft 1 enthaltene Krypton und Xenon in den Sumpf der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 36 und damit in das von dort abgezogene Konzentrat 51. Die schwererflüchtigen Anteile aus dem ersten Einsatzluftstrom 4 werden mit der Sumpfflüssigkeit 8 der Hochdrucksäule 5 in die Niederdrucksäule transportiert. In der Mischsäulenluft (dem zweiten Einsatzluftstrom) 42 - 43 enthaltenes Krypton und Xenon wird durch die Zusatzsäule 27 am Entweichen mit dem Drucksauerstoff-Produkt 28, 29, 30 gehindert und mit den Flüssigkeiten 38 - 39 beziehungsweise 40 - 41 in die Niederdrucksäule 6 geführt. Auch die schwererflüchtigen Anteile der Turbinenluft (des dritten Einsatzluftstroms) 58 - 59 landen schließlich im Sumpf der Niederdrucksäule. Sollte der flüssige Sauerstoff 22, der in die Mischsäule 26 geführt werden, Krypton und Xenon enthalten, wird auch dieses in der Zusatzsäule 27 zurückgehalten und in die Niederdrucksäule zurückgeführt.In the method according to the invention, practically all of it reaches Feed air 1 contained krypton and xenon in the sump of the krypton-xenon enrichment column 36 and thus into the concentrate withdrawn from there 51 less volatile parts from the first feed air stream 4 are with the Bottom liquid 8 of the high pressure column 5 is transported into the low pressure column. In the Mixing column air (the second feed air stream) 42-43 contains krypton and xenon is through the additional column 27 at the escape with the pressurized oxygen product 28, 29, 30 hindered and with the liquids 38 - 39 or 40 - 41 in the Low pressure column 6 out. The less volatile parts of the turbine air (the third air flow) 58 - 59 finally land in the sump of the low pressure column. Should the liquid oxygen 22, which are fed into the mixing column 26, krypton and Containing xenon, this is also retained in the additional column 27 and in the Low pressure column returned.

Durch die Abführung im Wesentlichen des gesamten Kryptons und Xenons mit der Sumpfflüssigkeit 44 der Niederdrucksäule 6 und der weiteren Aufkonzentrierung in der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 36 bei gleichzeitiger Ausschleusung von Methan wird bei der Erfindung eine sehr hohe Ausbeute an Krypton und Xenon erreicht.By removing essentially all of the krypton and xenon with the Bottom liquid 44 of the low pressure column 6 and the further concentration in the Krypton-xenon enrichment column 36 with simultaneous discharge of methane a very high yield of krypton and xenon is achieved in the invention.

Figur 2 unterscheidet sich ausschließlich dadurch von Figur 1, dass die Zusatzsäule 27 in einem von der Mischsäule 26 getrennten Behälter untergebracht ist. Die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 36 und die Zusatzsäule 27 bilden hier zusammen mit dem Kondensator-Verdampfer 32 eine Doppelsäule.Figure 2 differs from Figure 1 only in that the additional column 27 is housed in a separate container from the mixing column 26. The Krypton-Xenon Enrichment Column 36 and the additional column 27 form here together with the Condenser-evaporator 32 a double column.

Verfahrenstechnisch ist die separate Anordnung der Säulen 26 und 27 äquivalent mit der kombinierten Säule von Figur 1, da das gesamte gasförmige Kopfprodukt 260 der Mischsäule 26 in den Sumpf der Zusatzsäule 27 geleitet wird und umgekehrt die gesamte Sumpfflüssigkeit 261 der Zusatzsäule 27 zurück zum Kopf der Mischsäule 26 strömt.In terms of process engineering, the separate arrangement of the columns 26 and 27 is equivalent to of the combined column of Figure 1 since all of the gaseous overhead 260 is the Mixing column 26 is passed into the bottom of the additional column 27 and vice versa total bottom liquid 261 of the additional column 27 back to the top of the mixing column 26 flows.

Die Variante der Figur 2 empfiehlt sich insbesondere für bereits bestehende Mischsäulen-Anlagen, die mit einer Krypton-Xenon-Gewinnung nachgerüstet werden sollen.The variant in FIG. 2 is particularly recommended for existing ones Mixing column systems that are retrofitted with krypton-xenon production should.

Während die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Prozesse für Sauerstoff-Produktdrücke geeignet sind, die kleiner oder gleich dem Hochdrucksäulen-Druck sind, zeigt Figur 3 ein Verfahren, mit dem höhere Produktdrücke erreichbar sind. (Ansonsten unterscheidet sich Figur 3 nicht von Figur 1.)During the processes shown in Figures 1 and 2 for oxygen product pressures are suitable which are less than or equal to the high pressure column pressure, FIG. 3 shows a method with which higher product pressures can be achieved. (Otherwise Figure 3 does not differ from Figure 1.)

Der zweite Einsatzluftstrom 342 - 343 wird hier bereits stromaufwärts des Hauptwärmetauschers 3 über Leitung 362 von der Gesamtluft 1 abgezweigt. Er wird durch einen Nachverdichter 363 mit Nachkühler 364 auf einen höheren Druck gebracht, sodass die Mischsäule 26 unter einem Druck von beispielsweise 7,0 bis 17,0 bar, vorzugsweise etwa 12,0 bar betrieben wird.The second feed air flow 342 - 343 is already upstream of the Main heat exchanger 3 branched off from the total air 1 via line 362. He will by a post-compressor 363 with after-cooler 364 to a higher pressure brought so that the mixing column 26 under a pressure of, for example, 7.0 to 17.0 bar, preferably about 12.0 bar is operated.

Claims (9)

Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5, 6), bei dem ein erster Einsatzluftstrom (4) in das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung eingeführt wird, eine sauerstoffreiche Fraktion (22) aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung flüssig auf Druck gebracht (23) und auf eine Mischsäule (26) aufgegeben (25) wird, ein Wärmeträgerstrom, insbesondere ein zweiter Einsatzluftstrom (43, 343), in den unteren Bereich der Mischsäule (26) eingeleitet und in Gegenstromkontakt mit der sauerstoffreichen Fraktion (22, 25) gebracht wird, im oberen Bereich der Mischsäule (26) ein gasförmiges Kopfprodukt (260) gewonnen wird und bei dem eine Flüssigkeit (38, 39, 40, 41) aus dem unteren oder mittleren Bereich der Mischsäule in das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein krypton- und xenonhaltiger Sauerstoffstrom (44, 46, 47, 48) aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung in eine Krypton-Xenon-Anreicherungssäule (36) eingeleitet wird, in der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule (36) eine krypton- und xenonangereicherte Fraktion (51) gewonnen wird und dass das gasförmige Kopfprodukt (260) der Mischsäule (26) in eine Zusatzsäule (27) eingeleitet wird, in deren oberen Bereich eine krypton- und xenonabgereicherte Kopffraktion (28) gewonnen wird. Process for the low-temperature separation of air in a distillation column system for nitrogen-oxygen separation (5, 6), in which a first feed air stream (4) is introduced into the distillation column system for nitrogen-oxygen separation, an oxygen-rich fraction (22) from the distillation column system for nitrogen-oxygen separation is pressurized liquid (23) and applied (25) to a mixing column (26), a heat transfer stream, in particular a second feed air stream (43, 343), is introduced into the lower region of the mixing column (26) and brought into countercurrent contact with the oxygen-rich fraction (22, 25), in the upper region of the mixing column (26) a gaseous top product (260) is obtained and in which a liquid (38, 39, 40, 41) from the lower or middle area of the mixing column is introduced into the distillation column system for nitrogen-oxygen separation, characterized in that a krypton- and xenon-containing oxygen stream (44, 46, 47, 48) from the distillation column system for nitrogen-oxygen separation is introduced into a krypton-xenon enrichment column (36), a krypton and xenon-enriched fraction (51) is obtained in the krypton-xenon enrichment column (36) and that the gaseous top product (260) of the mixing column (26) is introduced into an additional column (27), in the upper region of which a krypton and xenon-depleted top fraction (28) is obtained. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (29, 30) der krypton- und xenonabgereicherten Kopffraktion (28) aus der Zusatzsäule (27) als gasförmiges Sauerstoff-Druckprodukt gewonnen wird.A method according to claim 1, characterized in that a part (29, 30) of the krypton and xenon-depleted top fraction (28) is obtained from the additional column (27) as a gaseous oxygen pressure product. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (31) der krypton- und xenonabgereicherten Kopffraktion (28) aus der Zusatzsäule (27) in einem Kondensator-Verdampfer (32) kondensiert wird. A method according to claim 1 or 2, characterized in that a part (31) of the krypton and xenon-depleted top fraction (28) from the additional column (27) is condensed in a condenser-evaporator (32). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (34) des in dem Kondensator-Verdampfer (32) erzeugten Kondensats (33) als Rücklauf auf die Zusatzsäule (27) aufgegeben wird.A method according to claim 2, characterized in that a part (34) of the condensate (33) generated in the condenser-evaporator (32) is fed as a return to the additional column (27). Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (35) des in dem Kondensator-Verdampfer (32) erzeugten Kondensats (33) als Rücklauf auf die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule aufgegeben wird.Method according to claim 2 or 4, characterized in that a part (35) of the condensate (33) generated in the condenser-evaporator (32) is fed as return to the krypton-xenon enrichment column. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kondensator-Verdampfer (32) eine Flüssigkeit aus dem unteren Bereich der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule (36) verdampft wird.Method according to one of claims 2 to 3, characterized in that in the condenser-evaporator (32) a liquid is evaporated from the lower region of the krypton-xenon enrichment column (36). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die sauerstoffreiche Fraktion (22) ein bis fünf theoretische Böden oberhalb des Sumpf der oder einer der Säulen des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung entnommen wird, insbesondere der Niederdrucksäule (6) eines Zwei-Säulen-Systems, das außerdem eine Hochdrucksäule (5) aufweist.Method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the oxygen-rich fraction (22) is taken from one to five theoretical plates above the bottom of the column or one of the columns of the distillation column system for nitrogen-oxygen separation, in particular the low-pressure column (6 ) of a two-column system, which also has a high-pressure column (5). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der krypton- und xenonhaltiger Sauerstoffstrom (44) vom Sumpf der oder einer der Säulen des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung entnommen wird, insbesondere der Niederdrucksäule (6) eines Zwei-Säulen-Systems, das außerdem eine Hochdrucksäule (5) aufweist.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the krypton- and xenon-containing oxygen stream (44) is taken from the bottom of or one of the columns of the distillation column system for nitrogen-oxygen separation, in particular the low-pressure column (6) of a two -Column system, which also has a high-pressure column (5). Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mit einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (5, 6), mit einer Mischsäule (26) und mit einer ersten Einsatzluft-Leitung (4), die mit dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung verbunden ist, mit einer ersten Flüssigsauerstoff-Leitung (22, 25), die mit dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung verbunden ist und über Mittel (23) zur Druckerhöhung der Flüssigkeit in die Mischsäule (26) führt, mit einer Wärmeträger-Leitung, insbesondere einer zweiten Einsatzluft-Leitung (43, 343), die in den unteren Bereich der Mischsäule (26) führt, mit Mitteln zur Gewinnung eines gasförmigen Kopfprodukts (260) im oberen Bereich der Mischsäule (26) und mit einer Flüssigkeitsleitung (38, 39, 40, 41), die aus dem unteren oder mittleren Bereich der Mischsäule in das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung führt, gekennzeichnet durch eine Krypton-Xenon-Anreicherungssäule (36) zur Gewinnung einer krypton- und xenonangereicherte Fraktion (51), eine zweite Flüssigsauerstoff-Leitung (44, 46, 47, 48) zur Einleitung eines krypton- und xenonhaltigen Sauerstoffstroms aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung in die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule (36), Mittel (260) zur Einleitung des gasförmigen Kopfprodukts der Mischsäule (26) in eine Zusatzsäule (27) und Mittel zur Gewinnung einer krypton- und xenonabgereicherten Kopffraktion (28) im oberen Bereich der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule (36). Device for the low-temperature separation of air with a distillation column system for nitrogen-oxygen separation (5, 6), with a mixing column (26) and with a first feed air line (4), which is connected to the distillation column system for nitrogen-oxygen separation, with a first liquid oxygen line (22, 25), which is connected to the distillation column system for nitrogen-oxygen separation and via means (23) for increasing the pressure of the liquid into the mixing column (26), with a heat transfer line, in particular a second feed air line (43, 343), which leads into the lower region of the mixing column (26), with means for obtaining a gaseous top product (260) in the upper region of the mixing column (26) and with a liquid line (38, 39, 40, 41) which leads from the lower or middle area of the mixing column into the distillation column system for nitrogen-oxygen separation, marked by a krypton-xenon enrichment column (36) for obtaining a krypton and xenon enriched fraction (51), a second liquid oxygen line (44, 46, 47, 48) for introducing a krypton- and xenon-containing oxygen stream from the distillation column system for nitrogen-oxygen separation into the krypton-xenon enrichment column (36), Means (260) for introducing the gaseous top product of the mixing column (26) into an additional column (27) and Means for obtaining a krypton and xenon-depleted head fraction (28) in the upper region of the krypton-xenon enrichment column (36).
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